近日，深圳大學醫(yī)學光子學創(chuàng)新研究院碩士生朱雪鋼同學在Nature Index期刊Nano Letters上發(fā)表了題為“Super-Resolution Confocal Microscopy Enabled by Fluorescence Intensity Ratio Encoding and Difference”的研究論文。該研究提出了一種基于熒光強度比率權(quán)重的編碼差分技術(shù)，可以將普通共聚焦顯微鏡的成像分辨率提升四倍，橫向分辨率最高可達71.2nm。朱雪鋼碩士生為論文第二作者（導師第一作者），王璐瑋助理教授為論文的通訊作者，深圳大學為第一完成單位和通訊作者單位。

遠場光學顯微鏡是揭示生物分子結(jié)構(gòu)與動態(tài)的重要工具，但受限于光學衍射極限。該研究創(chuàng)新性地提出了熒光強度比率編碼與差分（FIRED）超分辨成像技術(shù)。該方法基于傳統(tǒng)共聚焦系統(tǒng)，僅需簡單升級增加環(huán)形光路，利用相同波長的高斯光束與環(huán)形光束分別激發(fā)樣本，獲取兩幅圖像。通過對圖像像素強度進行特定比率運算生成權(quán)重矩陣，并應用于原始圖像進行編碼，再結(jié)合差分處理，有效突破衍射極限（圖1）。

圖1.FIRED技術(shù)的實現(xiàn)流程圖和模擬結(jié)果

實驗結(jié)果表明，F(xiàn)IRED技術(shù)能將普通共聚焦顯微鏡的橫向分辨率提升約4倍（例如，熒光微球樣品中從298.0 nm提升至71.2 nm），圖像信背比（SBR）也顯著提高。該技術(shù)兼容普通熒光染料，所需激光功率密度極低（~1.72 kW/cm²，比STED低3-4個數(shù)量級），光毒性小，并保留了共聚焦的光學層切能力。FIRED技術(shù)在固定細胞和活細胞的多種細胞器（微管、核孔復合體、溶酶體、線粒體）中均得到驗證，展現(xiàn)出優(yōu)異的通用性（圖2）。該技術(shù)操作簡便、硬件改動小、成本低、光損傷小的特點，為生物醫(yī)學和材料科學領(lǐng)域，特別是活細胞長時程、多結(jié)構(gòu)的超分辨動態(tài)研究，提供了一個經(jīng)濟高效且易普及的技術(shù)平臺。

圖2.不同細胞器的FIRED超分辨成像結(jié)果

該項研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金以及深圳市科技計劃等項目支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c02339